Cálculo de ley de cobre en el concentrado a partir de mineralogía

UNIVER SIDAD DE CONCEPCIÓN
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA
10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003
CÁLCULO DE LEY DE COBRE EN EL CONCENTRADO A PARTIR DE
MINERALOGÍA DE SULFUROS DE COBRE Y HIERRO, OBTENIDA DE
RESULTADOS DE EXTRACCIÓN PARCIAL EN EL DEPÓSITO LA
ESCONDIDA, II REGIÓN, CHILE
FLORES, L.i, OROZ, A.ii
1
1
Minera Escondida, Gerencia de Ingeniería. Av. de la Minería 501, Antofagasta. Chile. [email protected]
Minera Escondida, Fase IV Laguna Seca Av. de la Minería 501, Antofagasta. Chile. [email protected]
RESUMEN
Una predicción acertada de la ley de concentrado de cobre en la flotación resulta fundamental para el proceso de
beneficio. La disponibilidad de amplia información de análisis mineralógicos por microscopia, en compósitos
semanales y mensuales, motivó utilizar la relación observada de estabilidad entre las proporciones de los sulfuros de
cobre y hierro, para predecir la ley de concentrado a partir de la mineralogía esperada de alimentación. El cálculo de
los contenidos de sulfuros de cobre y hierro, a partir de análisis químicos de extracción parcial en sondajes, siendo
una alternativa simple, eficiente y de bajo costo, ha permitido generar un modelo predictivo de mineralogía, base
para el cálculo, bloque a bloque, de una ley de concentrado de cobre. Este cálculo está fundamentado en la relación
existente entre los sulfuros de cobre y la pirita, la ley de cobre y en la existencia de material insoluble en el
concentrado. La reconciliación entre planta y modelo indica que para períodos mensuales, la predicción es insesgada
y dentro de una precisión del 7%, satisfactorio para planificación trimestral y mensual. Los cambios mineralógicos
esperados en la alimentación futura exigen mantener validadas la predicción de mineralogía y las ecuaciones de
cálculo de ley de concentrado.
INTRODUCCIÓN
La aplicación de análisis químicos de extracción parcial de cobre ha sido realizada como práctica
común, desde junio de 1999, en compósitos de sondajes, de alimentación a flotación y de
concentrado final de flotación en Escondida. Adicionalmente existe una relación de
concentración de los sulfuros de alimentación a la flotación que responde a los procesos
metalúrgicos de beneficio para la actual operación de la planta concentradora de Escondida.
A partir de análisis microscópicos de alimentación y concentrado final, se consideró que la
existencia de una relación entre las proporciones de minerales de cobre y hierro es
suficientemente estable en ambos, para utilizar el pronóstico de la mineralogía de alimentación
como una predicción de ley de concentrado.
TÉCNICAS ANALÍTICAS
Las técnicas analíticas de análisis secuencial son ampliamente conocidas en la química
inorgánica, existiendo amplia investigación sobre sus alcances, limitaciones y potenciales usos.
Éstas han sido utilizadas en la minería, por ejemplo en la identificación de zonas mineralógicas
de mineral mixto u oxido (Williams et al, 2000).
Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.
Las técnicas analíticas de “Extracción Parcial” de cobre, se basan en un enfoque distinto al
análisis secuencial y han permitido en Escondida utilizar su fundamento teórico en el desarrollo
de una metodología orientada a la obtención de porcentajes en peso de minerales de cobre y
hierro (Williams et al, op cit).
RAZONES LIMITANTES DE EXTRACCIÓN
Dependiendo de la técnica analítica elegida, es posible obtener una extracción total o parcial del
cobre contenido en una muestra dada. Por ejemplo, una extracción casi total de cobre es
entregada por la digestión con una mezcla de ácidos perclórico, nítrico y clorhídrico. Se espera
que por la cinética de esta disolución, se extraerá todo el cobre contenido en la muestra y por
ende el valor del contenido total de cobre se reflejará en una lectura por absorción atómica. Para
efectos prácticos se acepta que esto es correcto aunque se espera que una digestión con ácidos
fluorhídrico y perclórico se acerque mas a la extracción total del cobre de la muestra. En este
sentido el análisis mediante el uso de la mezcla de los tres primeros ácidos sería, en estricto rigor,
una extracción parcial.
En Escondida, se ha usado el análisis de cobre total junto con dos análisis de extracción parcial.
En estos últimos, el contenido máximo de cobre a ser extraído para cada mineral de cobre en una
muestra se ha denominado razón limitante de extracción (Williams et al, op cit). Estas razones
variarán para cada mineral y cada análisis químico. Los valores son obtenidos a partir de
exhaustiva investigación empírica en muestras con presencia exclusiva de un mineral de cobre.
MINERALOGÍA NORMATIVA
Conociendo las razones limitantes de extracción y dado que la mena de Escondida se caracteriza
por estar compuesta esencialmente de calcosina, covelina y calcopirita ha sido posible calcular la
composición mineralógica de estos sulfuros y de pirita, para compósitos de sondajes que han sido
sometidos a análisis químicos de extracción parcial y total de cobre. A estos resultados y como
convención, se les ha denominado mineralogía normativa.
La solución del siguiente sistema de tres ecuaciones y tres variables (Williams, et al, op cit):
1 ∗ cpy + 1 ∗ cv + 1 ∗ cc =
CuT
CuT
A ∗ cpy + B ∗ cv + C ∗ cc =
PtXt 1
CuT
D ∗ cpy + E ∗ cv + F ∗ cc =
Pt Xt 2
TCu
Cpy, cc y cv son los contenidos de cobre en cada uno de estos minerales, PtXt 1 y PtXt 2 son los
dos resultados de análisis de extracción parcial de cobre y CuT es el resultado del análisis de
extracción total o cobre total. Los valores A, B, C, D, E, y F son las razones limitantes de
extracción para cada mineral en los tres tipos de análisis, los que son constantes y acotados entre
cero y uno.
En el caso del cobre total, las razones limitantes de extracción son iguales a uno, indicando que
todo el cobre aportado por la calcosina, la covelina y la calcopirita es extraído en la digestión.
Posteriormente, el procedimiento de cálculo de porcentajes en peso de sulfuros en la muestra,
utiliza además las leyes de hierro y las composiciones estequiométricas de cada uno de los tres
minerales de cobre y de la pirita.
Refinamientos del método pueden ser utilizados en el caso de tratar con compósitos de sectores
donde la presencia de otros minerales de cobre sea suficientemente relevante como para que su
exclusión genere problemas de sobre estimación de calcosina, covelina y calcopirita. En estos
casos será necesario establecer sistemas de tantas ecuaciones como minerales de cobre existan.
Sin embargo para efectos prácticos resulta conveniente mantener simplificado el trabajo con los
datos debido a que el objetivo es lograr predicciones que se mantengan dentro de una precisión
deseada. Como ejemplo, la presencia de enargita esta localizada en un sector conocido del
yacimiento. El manejo de una variable adicional conduce a resolver un sistema de cuatro
ecuaciones y cuatro variables, cobrando sentido solo en el sector mencionado. En el resto del
depósito la presencia de enargita no afectará los resultados obtenidos al resolver un sistema de
tres ecuaciones y tres variables en cuanto a generar los problemas descritos de sobre estimación.
Cabe recordar además, que la inclusión de la enargita en el método es posible una vez obtenidas,
en forma empírica, sus razones limitantes de extracción.
Esta metodología presenta una alternativa simple, efectiva, rápida y de bajo costo para
caracterizar la abundancia de la mena de cobre y pirita en la zona de sulfuros del depósito La
Escondida, aunque no reemplaza el enfoque tradicional por microscopia, por cuanto no entrega
información de asociaciones mineralógicas, de la distribución por granulometría, ni del grado de
liberación.
DISTRIBUCIÓN MINERALÓGICA EN ALIMENTACIÓN A CONCENTRADORA Y
CONCENTRADO FINAL
En la concentradora se han realizado históricamente análisis microscópicos de la alimentación y
de los productos parciales y finales de la flotación, en compósitos mensuales y semanales.
Las figuras 1 y 2 muestran la distribución mensual y semanal de la pirita y sulfuros de cobre
(calcosina + covelina + calcopirita), normalizada a 100% (Flores, 20031). Ambos gráficos están
ordenados en forma creciente según los sulfuros de cobre para representar relación de estabilidad
esperada entre las proporciones de minerales de cobre y hierro. Cabe notar además, que la
presentación de los sulfuros de cobre ordenados de esta forma, genera un orden decreciente para
la pirita.
El comportamiento para los sulfuros de cobre y pirita en la alimentación y concentrado semanal y
mensual es muy similar, alcanzando ambos valores extremos muy cercanos. Sin embargo, en la
figura 2 se observa una variabilidad semanal muchos mas alta para pirita y sulfuros de cobre en
los concentrados semanales, la cual aparece suavizada en la figura 1, para los compósitos
mensuales de concentrado.
80
90.0
70
80.0
60
70.0
50
60.0
40
50.0
30
40.0
20
30.0
%CuSulf
% Py
Fig 1 Distribucion mensual de sulfuros de cobre y
pirita Concentradora Los Colorados, Escondida
mes
%Py-alimentación
%Py-concentrado
%CuSulf-alimentación
%CuSulf-concentrado
80
90.0
70
80.0
60
70.0
50
60.0
40
50.0
30
40.0
20
30.0
% CuSulf
% Py
Fig 2 Distribución semanal de sulfuros de cobre y
pirita, Concentradora Los Colorados, Escondida
semana
%Py-alimentación
%Py-concentrado
%CuSulf-alimentación
%CuSulf-concentrado
MODELO DE SULFUROS DE COBRE Y PIRITA
Como práctica estandarizada, Escondida realiza análisis químicos de cobre total en muestras de
perforación de aire reverso y diamantina con soporte de 2 metros, en la zona de enriquecimiento
secundario. Los análisis de estas muestras son compositados desde el collar y a lo largo del
sondaje, en tramos regulares. Estos compósitos son estudiados para caracterizar la variabilidad
espacial del cobre total y posteriormente utilizados para la interpolación de los valores de cobre
total a un modelo de bloques. Posteriormente, solo los compósitos ubicados dentro de la zona de
sulfuros, son sometidos a análisis químicos de extracción parcial y los resultados usados para
calcular la mineralogía de sulfuros de cobre y pirita según descrito anteriormente. Finalmente los
valores de mineralogía de los compósitos, son interpolados al mismo modelo de bloques de cobre
total.
CÁLCULO DE LEY DE COBRE EN CONCENTRADO DE FLOTACIÓN
La información de mineralogía de alimentación y concentrado final y su distribución permitió
explorar la posibilidad de construir un modelo matemático de cálculo de ley de concentrado, el
cual requiere incluir como términos relevantes el control mineralógico de la alimentación, la
relación entre los sulfuros de cobre y la pirita, el contenido de material insoluble esperado en el
concentrado (e.g. silicatos) y un factor de ajuste escalar aditivo y /o multiplicador.
Como resultado del estudio, se logró derivar la siguiente ecuación, que predice la ley de
concentrado de cobre en períodos mensuales y para el actual diseño operacional de la
concentradora de Escondida (Oroz, com verb):
LEY DE Cu DEL CONCENTRADO = F1 * F2 * F3 * 0.571 + 18.94
donde los términos F1, F2 y F3 son:
F1 = 0.9606∗
Insoluble
[ 100 - 100
]
 100 − (22.34∗ curat + 18.56) 


curat1
F2 = 
 (100∗ cc + 100 ∗ cv + 100 ∗ cpy) 


( cc + cv + cpy + py)
curat = (cc + cv + cpy) / py
cc, cv, cp, py : %enpeso
F3 =
(100∗ cc ∗ 0.794 + 100 ∗ cv ∗ 0.665+ 100 ∗ cpy ∗ 0.346)
(cc + cv + cpy + py)
Estas ecuaciones fueron aplicadas a cada uno de los bloques con valores de mineralogía
interpolada desde los compósitos. Consecuentemente, cada bloque con mineralogía tiene además
un valor de la ley de concentrado esperada cuando éste sea sometido al proceso de flotación.
RESULTADOS MENSUALES DE LEY DE CONCENTRADO MODELO VS. PLANTA
CONCENTRADORA
Se preparó una reconciliación entre resultados de modelo y de planta, para un período de 27
meses, a partir del material minado proveniente de las zonas de sulfuro y lixiviado parcial
(sulfuros y limonitas). La metodología considera evaluar desde el modelo de bloques y dentro del
volumen minado total del mes, el tonelaje y valores de ley de concentrado de todos los bloques
de sulfuro y parcial lixiviado. Éste corresponde al valor de Modelo. Paralelamente, se indican los
valores informados por la planta concentradora para cada uno de estos meses.
En la figura 3a, la reconciliación es presentada como valores absolutos y en la 3b como
diferencias absolutas (Flores et al, 20032).
Se observa que para períodos mensuales desde julio 2001 en adelante, el modelo es insesgado,
fluctuando las diferencias con la planta entre –2% y +2% absoluto. Para meses anteriores el
modelo subestimó sistemáticamente la ley de concentrado, especialmente en el semestre enero a
julio del 2001.
TRABAJOS FUTUROS
El futuro en Escondida contempla alimentación a las plantas concentradoras de sectores más
profundos del rajo, el inicio de las operaciones del rajo de Escondida Norte y la consolidación de
la segunda concentradora, con una capacidad de tratamiento equivalente a la concentradora
histórica. En este escenario, desde el rajo Escondida se espera mineralogía de dominios con
menor intensidad de enriquecimiento y consecuente mayor complejidad en la mineralogía,
incluyendo bornita, tenantita o variaciones en la composición estequiométrica de la calcosina,
covelina y calcopirita. Por otra parte, desde el rajo Escondida Norte se espera mineral de zonas de
parcial lixiviado y de zonas con intenso grado de enriquecimiento.
Las tareas futuras exigen refinar este método, desde la perspectiva de los análisis químicos tanto
como desde la derivación de las ecuaciones de cálculo de la ley de concentrado de cobre. En el
primer caso, se requiere incorporar bornita y continuar los estudios de validación de la
composición estequiométrica de todos los sulfuros presentes, idealmente por métodos
cuantitativos como la evaluación cuantitativa de mineralogía (QEM*SCAN) o el análisis de
liberación mineralógica (MLA), ambos disponibles como servicio en el mercado. En segundo
término y como resultado de una mejor comprensión de la composición de las especies
mineralógicas y de los cambios en las proporciones de la mineralogía de alimentación, es
recomendable continuar validando las ecuaciones de cálculo de ley de concentrado.
Fig 3a
Ley de Concentrado de Flotación
Compósito Mensual Planta Concentradora vs Modelo Mineralógico
%CuT
46
44
42
40
38
36
34
32
Planta Concentradora
Modelo Mineralógico
30
J- J- A- S- O- N- D- E- F- M- A- M- J- J- A- S- O- N- D- E- F- M- A- M- J- J- A00 00 00 00 00 00 00 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 02 02 02 02 02 02 02 02
Dif Abs
Fig 3b
Diferencia Absoluta Ley de Concentrado de Flotación
Compósito Mensual Planta Concentradora vs Modelo Mineralógico
6.0
4.0
2.0
0.0
-2.0
-4.0
J- J- A- S- O- N- D- E- F- M- A- M- J- J- A- S- O- N- D- E- F- M- A- M- J- J- A00 00 00 00 00 00 00 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 02 02 02 02 02 02 02 02
Estas diferencias máximas para los últimos 12 meses representan una precisión de ± 7 %,
considerado ampliamente aceptable y en el orden de lo esperado para el modelo de cobre total,
aunque con una cobertura de muestreo 4 veces menor.
REFERENCIAS
Flores, L.; 20031. “ Evolución de la mineralogía en compósitos semanales y mensuales de todos los productos de la
planta Los Colorados”. Minera Escondida Ltda, Informe interno inédito, pp 2-4.
Flores, L.; Preece, R.K., Aguirre, F.; 20032. “Estimation of copper recovery and concentrate grade, October 2002
resource model, Escondida”. Minera Escondida Ltda, Informe interno inédito, p 21.
Oroz, A. 2003. Comunicación verbal sobre las ecuaciones para el cálculo de ley de concentrado a partir de
mineralogía de alimentación. Minera Escondida Ltda.
Williams, M.J.,Gilligan, J.M., Preece, R.K.; 2000. “Final report on the application of partial extraction techniques to
determine copper and iron sulphide distribution within the Escondida Norte porphyry copper deposit”. Minera
Escondida Ltda, Informe interno inédito, pp 13, 43, 46, 47.